document

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70[.]

Chương 4: Kết cấu bờ tụng cốt thộp

1 Khái niệm chung

1 Bêtông cốt thép

Bêtông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do

bêtông và cốt thép cùng kết hợp chịu lực với nhau

Bêtông là một loại đá nhân tạo đợc tạo ra từ xi măng, cát và đá(hoặc sỏi) Đây là một loại vật liệu chịu nén khá nhng chịu kéo rat kém, dé xuất hiện

vết nứt khi chịu kéo

Cốt thép là loại vật liệu chịu kéo và chịu nén đều tốt Do đó ngời ta đặt

cốt thép vào trong bêtông đề tăng khả năng chịu lực cho kết cấu Bởi vậy đã

ra đời vật liệu BTCT, loại vật liệu hiện nay đợc sử dụng rộng rãi trong trong xây dựng

Thí nghiệm uốn một dầm bêtông trên hình 8.1a ngời ta thấy khi ứng

suất kéo sk vợt quá cờng độ chịu kéo của bêtông thì vết nứt xuất hiện tại vùng kéo Vết nứt tiến dần lên phía trên và dầm bị gẫy khi sb còn rất nhỏ so với c- ờng độ chịu nén của bêtông Nh vậy là bêtông cha sử dụng hết khả năng chịu lực của nó ở vùng nén

Nếu đặt cốt thép vào vùng bêtông chịu kéo (Hình 8.Ib), lực kéo sẽ do cốt thép chịu (xem nh bêtông vùng kéo không tham gia chịu ứng suất kéo), do

đó có thể tăng tải trọng đến khi ứng suất vùng nén sb có thể đạt tới cờng độ chịu nén của bêtông và ứng suất kéo sa đạt tới cờng độ chịu kéo của cốt thép Kết quả là dầm BTCT có thể chịu đợc tải trọng lớn hơn dầm bêtông có cùng

kích thớc tới hàng chục lần

Vì cốt thép chịu nén cũng tốt nên nó cũng đợc đặt vào bêtông để chịu nén nh vùng nén của cấu kiện chịu uốn phẳng, trong cột, trong thanh nén của đàn nhằm tăng khả năng chịu lực, giảm kích thớc tiết diện hoặc chịu các lực kéo xuất hiện ngẫu nhiên

a) dâm bêtông; b)dâm bêtông côt thép „

€) sơ đồ ứng suât trên tiệt diện 1-1 ; đ) sơ đô ứng suât trên tiêt điện 2-2

2 Nguyên nhân để bêtông và cốt thép phối hợp chịu lực

Bêtông và cốt thép có thể cùng phối hợp chịu lực là do:

- Bêtông và cốt thép dính chặt với nhau nên lực từ bêtông có thể

truyền sang cốt thép và ngợc lại Lực dính đóng vai trò quan trọng

đặc biệt đối với BTCT Nhờ có lực dính mà cờng độ của cốt thép đ-

ợc khai thác,bề rộng vết nứt trong vùng kéo đợc hạn chế Do vậy ngời ta phải tìm mọi cách để tăng cờng lực dính giữa bêtông và cốt thép

- Gitta béténg và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, ngợc lại bêtông còn bao bọc, bảo vệ cốt thép tránh đợc tránh đợc tác động, ảnh hởng của môi trờng nh ăn mòn, nhiệt độ thay đổi Do vậy khi thi công BTCT cần thận trọng trong việc sử dụng các phụ gia hóa dẻo và đông kết nhanh, không dùng phụ gia có tính ăn mòn cốt

thép, cần đầm kỹ để đảm bảo độ đặc chắc cần thiết

-_ Bêtông và cốt thép có hệ số dãn nở vì nhiệt gần bằng nhau

(ab=0,000010á0,000015; aa=0,000012) Nếu nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thờng (dới 100°C), trong kết cấu BTCT không xảy ra hiện tợng nội ứng suất đáng kể dẫn đến phá hoại lực dính

giữa bêtông và cốt thép

BTCT toàn khối (BTCT đồ tại chỗ): Ngời ta ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đỗ bêtông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu Loại này làm

tăng độ cứng của kết cầu, khả năng chịu lực động tốt Tuy nhiên lại

có nhợc điểm là tốn vật liệu làm ván khuôn và cột chống; khi thi

công chịu ảnh hớng của thời tiết, thời gian thi công thờng bị kéo dài

do yêu cầu kỹ thuật

BTCT lắp ghép: Ngời ta phân chia kết câu thành những cấu kiện

riêng biệt để chế tạo trong nhà máy hoặc sân bãi rồi vận chuyên đến công trờng lắp dựng Loại này khắc phục đợc nhợc điểm của BTCT toàn khối nhng lại không có đợc u điểm của loại này BTCT lắp ghép chỉ thực sự tối u khi các kết cấu, các cấu kiện đợc điển hình hoá để xây dựng hàng loạt các công trình sử dụng chúng

BTCT nửa lắp ghép: Ngời ta lắp ghép các câu kiện đợc chế tạo cha

hoàn chỉnh rồi đặt thêm cốt thép, ghép ván khuôn và đổ phần còn

lại bao gồm cả mối nối Loại này khắc phục đợc nhợc điểm và phát huy đợc u điểm của cả hai loại kết cấu trên Tuy nhiên việc tổ chức

thi công phần đồ tại chỗ có nhiều phức tạp và đặc biệt phải sử lí tốt mặt mối nói giữa bêtông đồ trớc và bêtông dé sau

Theo trạng thái của cốt thép - chỉa ra làm ba loại:

BTCT thờng: Là kết cầu BTCT dùng cốt thép ở trạng thái tự nhiên BTCT dự ứng lực (BTCT ứng suất tróc): Là kết cầu BTCT dùng

thép

đã đợc kéo trớc trong lúc thi công

4.u nhợc điểm của BTCT

3.1 Các w điểm của bêtông cốt thép

Sử dụng đợc các vật liệu địa phơng nh xi măng, cát, đá, sỏi và sử

dụng tiết kiệm cốt thép là loại vật liệu có giá thành cao

- Bén va it tén chi phi bảo dỡng trong quá trình sử dụng

-_ Có khả năng chịu nhiệt Bêtông bảo vệ cốt thép không bị nung nóng

nhanh chóng tới nhiệt độ nguy hiểm Nếu lớp bêtông bảo vệ dày

2,5cm và nhiệt độ bên ngoài là 100°C thì phải sau 1 giờ cốt thép

mới nóng tới 55°C Tuy nhiên nếu kết cấu làm việc thờng xuyên ở nhiệt độ 150á250C thì phải dùng loại bêtông chịu nhiệt

-_ Cấu kiện đợc đúc theo hình ván khuôn nên việc tạo đợc hình dáng phù hợp yêu cầu thiết kế

3.2 Các nhợc điễm cúa bêtông cốt tháp

- _ Trọng lợng bản thân lớn, rất bất lợi cho những kết cấu có nhịp lớn

và kết cấu lap ghép vì chỉ phí cho van chuyển và dựng lắp lớn Nhợc điểm này đợc khắc phục bằng cách dùng loại bêtông nhẹ, bêtông ứng lực trớc và các loại kết cấu nhẹ nh vỏ mỏng

-_ Kết cấu bêtông cốt thép cách âm, cách nhiệt kém Đề khắc phục phải dùng các dạng kết cấu có lỗ rỗng

- _ Công tác thi công đồ tại chỗ phức tạp và chịu ảnh hởng của thời

tiết, việc kiểm tra chất lợng khó Để khắc phục ngời ta dùng BTCT lắp ghép hoặc điển hình hoá việc làm ván khuôn, công xởng hoá gia công cốt thép, trộn bêtông và đặc biệt cơ giới hoá cao độ khâu đỗ

bêtông nh bêtông thơng phẩm (bêtông tơi)

-_ Kết cầu BTCT dễ xuất hiện vết nứt nên khi thiết kế thi công phải

chú ý để không xuất hiện vết nứt hoặc hạn chế khe nứt tránh ảnh h- ởng tới việc sử dụng bình thờng của kết cấu

II Tính chất cơ học của BTCT

1 Bêtông

1.1 Cong độ của bêtông

Cong d6 1a đặc trng cơ bản của bêtông nặng Nó phản ánh khả năng chịu lực của loại vật liệu này

Còng độ chịu nén là giá trị trung bình của cờng độ các mẫu thử tiêu chuẩn có xét đến hệ số biến động của bê tông Trong phần này sẽ trình bày các vấn đề : cong d6 chịu nén của mẫu thử tiêu chuẩn, cờng độ trung bình các mẫu thử tiêu chuẩn, cong độ chịu nén tiêu chuẩn, cong dé tinh toản của bêtông

Công độ chịu nén của một mẫu thí nghiệm xác định theo :

Ri="

F Trong đó:

Ni: lực nén phá hoại mẫu thử tiêu chuẩn thứ ¡

Fi: diện tích tiết diện ngang của mẫu tiêu chuẩn thứ 1

Cờng độ chịu nén trung bình

các mẫu thử tiêu chuẩn R” đợc xác định

theo công thức:

Trong đó:

n: số mẫu thử tiêu chuẩn

Rni: còng độ chịu nén của một mâu tiêu chuân thứ ¡ đợc xác

định theo thí nghiệm sau:

t®

Còng độ chịu nén đặc trng:

R=R, (1 - 1,64V) Trong đó:

R”, : Cờng độ trung bình của các cờng độ mẫu thử tiêu chuẩn

V: Hệ số đợc xác định theo kết quả thống kê Có thé lay

V=0,15 cho trờng hợp thiếu số liệu thống kê Cong độ chịu nén tiêu chuẩn R„ : đợc xác định theo công thức:

Rac = An -R

An là hệ số lấy theo bang 4 của TCVN 5574: 1991 (trang 27)

Công độ chịu nén tính toán Rn

Rn đợc xác định theo công thức:

R

n.c

Kya: Hé sé an toàn của bêtông về nén Khi tính theo trạng thái giới han I: Kbn= 1,3

mụn: Hệ số điều kiện làm việc, đợc lây theo phụ lục 19

Còng độ tính toán gôc (cha nhân với hệ sô điêu kiện làm việc) cho ở

phụ lục 20 Các loại cờng độ trên có đơn vị tính =m

1.1.2 Cởng độ chịu kéo

Làm thí nghiệm với mẫu kéo có tiết diện vuông cạnh a, hoặc mẫu uốn

tiết diện chữ nhật cạnh b,h (hay gặp a=10 cm; b=h=15 cm) nh hình 8.3

Rim: Cong d6 chiu kéo trung bình các mẫu thử tiêu chuẩn

Vk: Hệ số biên động cờng độ chịu kéo, Vk=0,17

Công độ chịu kéo tính toán Rk

Rk đợc xác định theo công thức:

bk Trong đó:

Ky : Hệ số an toàn của bêtông về kéo Khi tính theo trạng thái

giới hạn I: Kbk= 1,5 (khi lấy cờng độ Rkc theo mác về nén)

mục: Hệ số điều kiện làm việc, đợc lay theo phu luc 19

Cong d6 tinh toán gôc về kéo (cha nhân với hệ sô điêu kiện làm việc)

cho ở phụ lục 20 Các loại cờng độ trên có đơn vị tính daN cm’

/

1.1.3.Các nhân tô ảnh hong toi cong độ của bétong '

Có ba nhân tố chính ảnh hỏng tới cờng độ của bê tông:

a)Thành phần và cách chế tạo bêtông

Cấp phối (thành phần hat) của bêtông, tỉ lệ giữa nớc và ximăng, chất I-

ong cua cac vật liệu thành phần cũng nh cách nhào trộn (phơng pháp chế tạo)

bằng thủ công hay cơ giới có ánh hỏng lớn tới cờng độ của bêtông

b)Thời gian

Cờng độ của bêtông tăng theo tuổi của nó Tuôi đợc tính từ khi chế tạo

đến khi cho bêtông chịu lực Thời gian đầu cờng độ bêtông tăng nhanh, sau đó

chậm dần (xem hình 8.4)

c)Điều kiện thí nghiệm

Khi bị nén, mẫu bị co ngắn đồng thời

có sự nở ngang Trong thí nghiệm nếu hạn

chế đợc sự nở ngang thì khả năng chịu nén

của bêtông tăng lên Tôc độ gia tải khi thí

nghiệm cũng ảnh hởng tới cờng độ của mẫu

Bởi vậy ngời ta quy định tốc độ gia tải là

Hình 8.4 Đồ thị tăng cường 2daN/cm”/giây và không bôi trơn mặt tiếp

xúc giữa mầu và bàn máy nén

1.2 Mác bêtông

Mác là chỉ tiêu cơ bản biểu thị chất lợng của bê tông Mác thiết kế qui

định theo các đặc trng sau:

1.2.1 Mác theo cờng độ chịu nén

Kí hiệu bằng chữ M, lấy bằng cờng độ chịu nén tính theo KG/cm? hoặc

daN/cm? của mẫu chuẩn khối vuông, đợc dỡng hộ và thí nghiệm theo tiêu

chuẩn Nhà nớc (mẫu khối vuông cạnh 15cm, tuổi 28 ngày -néu ở tuổi khác cần ghi rõ trong hồ sơ thiết kế Đây là mác cơ bản nhất, mọi thiết kế cần phải ghi rõ

Bê tông đợc qui định có những mác thiết kế sau:

- Voi bé téng nang: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600

- _ Với bê tông nhẹ: M50, M75, M150, M200, M250, M300

Bêtông nặng có trọng lợng thể tích từ 180042500 daN/ mỶ Nó dùng cốt

liệu lớn bằng sỏi, đá đặc chắc thông thờng

Bêtông nhẹ có trọng long thé tich tir 80041800 daN/mỄ Nó dùng cốt

liệu lớn là các loại đá có lỗ rong, keramdit, xỉ quặng

Theo tiêu chuẩn mới TCVN 6025 -1995 qui định mác là con số lấy

bằng cờng độ đặc trng của mẫu thử Rc, tính theo đơn vị Mpa Mác định nghĩa

nh vậy thờng đợc gọi là cấp cờng độ, kí hiệu bằng chữ C Bê tông có cấp cong

độ C10; C12,5; C15; C20; C25; C30; C35; C40; C45; C50; Có0

Mác theo TCVN 3118-1979 là M, thì C=0,078M Ví dụ bê tông M250 tơng ứng là C20

1.2.2 Mác theo cờng độ chịu kéo

Đợc ký hiệu là chữ K, tính bằng daN/cmŸ lấy bằng cờng độ chịu kéo của mâu thử theo tiêu chuân nhà nớc

Có các loại mác chịu kéo K sau:

chuẩn nhà nớc Qui định các mác T2, T4, T6, T8, T10, T12

Cần qui định mác theo khả năng chống thấm khi thiết kế các công trình

có yêu cầu chống thấm hoặc có yêu cầu về độ đặc chắc của bê tông Thí nghiệm về xác định khả năng chống thấm tiến hành theo thí nghiệm về chống

Đối với các kết cấu có đặt cốt thép theo tính toán cần dùng bê tông

nặng có mác không nhỏ hơn M150, bê tông nhẹ có mác không nhỏ hơn 75

Theo TCVN 5574: 1991 nên dùng các mác thiết kế nh sau:

- _ Với kết cấu chịu tải trọng rung động, dùng bê tông nặng mắc không

đới 200

- Với thanh chịu nén có kích thớc tiết diện đợc xác định theo tính toán về cờng độ, với kết cáu vỏ mỏng nh tờng nhà và công trình thỉ công bằng ván khuôn trọt, dùng mác không doi 200

- Với cột chịu lực nén khả lớn, dùng mác không doi 300

1.3 Biến dạng của bêtông

1.3.1 Co ngót

Là hiện tợng bêtông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí Bản chất của co ngót đã đợc xem xét ở môn Vật liệu xây dựng ở đây chỉ nói đến

tác hại và các nhân tố ảnh hỏng tới sự co ngót của bêtông đề khi thiết kế cũng

nh khi thi công cần lu ý để có sự lựa chọn thành phần bêtông và biện pháp thi

công thích hợp

Co ngót là một hiện tợng không có lợi Khi co ngót bị cản trở hoặc co

tố chính ảnh hỏng tới co ngót của bêtông

~Trong môi trờng khô co ngót lớn hơn trong môi trờng âm

-Độ co ngót tăng khi dùng nhiều xi măng, khi dùng ximăng có hoạt tính

cao, khi tăng tỉ lệ N/X, khi dùng cốt liệu có độ rỗng, đùng cát mịn, dùng chất

phụ gia

Để giảm co ngót cần chọn thành phần bêtông thích hợp, hạn chế lợng n-

ớc khi trộn và phải đầm chặt bêtông, giữ cho bêtông thờng xuyên ẩm trong

giai đoạn đầu (đỡng hộ bêtông) Ngoài ra có thể đặt cốt thép ở những vị trí

cần thiết, làm khe co giãn hợp lí trong kết cấu

1.3.2 Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

Thí nghiệm nén mẫu lăng trụ với lực nén tăng dần ngời ta lập đợc đồ thị

quan hệ giữa ứng suất và biến dạng nh hình 8.5

Điểm D ứng với lúc mẫu bị phá hoại ứng suất lúc đó đợc goi la cong

độ chịu nén Rn Con bién dang goi la bién dạng cực hạn e cn

Nếu tăng tải đến mức nào đó ( ° b ' °b ) rồi giảm tải, biến dạng trong

bêtông không đợc hôi phục hoàn toàn, đờng cong giảm tải không trở vê gôc toạ độ (hình 8.5b) Nh vây bêtông là loại vật liệu Đàn hôi-Dẻo Phân biên dạng đợc phục hồi gọi là biến dạng đàn hồi ° dh , phần biến dạng không phục hồi gọi là biên dạng dẻo

€p =€an +€a Trong quá trình nén, ở giai doan dau e q, chiếm phần lớn Nhng ở giai

đoạn phá hoại e ạ lại chiếm phần lớn

của bêtông 1.3.3 Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn — từ biến

Hình §.5 Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông

Nén thí nghiệm mẫu đến giá trị e b „ b (điểm A) rồi giữ nguyên tải

trọng đó trong một thời gian dài ngời ta thấy biến dạng vẫn tiếp tục tăng

(điểm B, Hình 8.6a) Phần biến dang tăng do tải trọng tác dung lâu dài gọi là

từ biến Giới hạn của từ biến phụ thuộc giá trị của tải trọng tác dụng dài hạn

Nếu tái trọng nhỏ (s n = 60 á 70%Rn ) thì từ biến có giới han Dong

cong AB tiệm cận với đờng thẳng a (Hình 8.6b)

Nếu tải trọng lớn (s ø > 70%Rn ) từ biến phát triển không có giới han

dẫn đến phá hoại kết cấu

Còn một số nhân tô khác ảnh hỏng đến từ biến trong bêtông nh:

+ Ti lệ N/X cao, độ cứng của cốt liệu nhỏ thì từ biến lớn

+ Xi măng mác cao từ biến giảm

+ Tuổi của bêtông càng cao từ biến càng giảm

1.3.4 Biến dạng do nhiệt độ

Là sự thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi

2 Cốt thép

2.1 Các loại cốt thép

Có nhiều cơ sở để phân loại cốt thép

Theo thi công có hai loại:

-Cốt thép mềm: Là loại cốt uốn đợc đó là các loại thép tròn, thép vuông

hoặc bầu dục

-Cốt cứng: Là loại cốt thép không uốn đợc, đó là các thanh thép hình nh thép góc, thép I, thép U Loại này chỉ dùng cho những kết cấu chịu tải trọng lớn

Theo phơng pháp chế tạo:

Gồm hai loại cốt thanh cán nóng hay cốt sợi kéo nguội

- Cốt cán nóng đợc sản xuất thành từng thanh dài không quá 13m với các loại đờng kính f10mm với các loại f<l0 mm sản xuất thành cuộn

-_ Thép sợi kéo nguội đợc chuốt qua các khuôn có đờng kính nhỏ dan

Khi bị kéo nguội cờng độ của cốt thép tăng lên nhng tính dẻo giảm Thép kéo nguội có fʧmm

Theo thành phần cũng có hai loại là thép cacbon và thép hợp kim thấp

Thép cácbon thờng dùng là loại CT3 và CT5 với tỉ lệ cácbon là 3 ° 00 và 5 ?

là thềm chảy, lúc này thép ở trạng thái chảy dẻo, biến dang ting trong khi ứng

suất không tăng

Hinh 8.7 Biéu dé kéo thép

ete cán nóng CT3 và CT5; 3-côt thép CT5 cán nguội; 4- Thép hop

gia công nhiệt; 5,6-dây thép kéo nguội cường độ cao

Nếu kéo thép đến trạng thái chảy dẻo rồi giảm tải thì biểu đồ không trở

về theo đờng cũ mà theo đờng song song với đờng biểu diễn giải đoạn đàn

hồi, khi ứng suất bằng 0 (điểm B trên hình 8.7.b) nhng vẫn còn một lợng biến dạng gọi là biến dạng d e 4 Néu kéo tiếp thì biểu đồ kéo là dong BA Theo biểu đồ kéo mới thì ứng suất kéo cao hơn biểu đồ cũ hình 8.7.b nhng khi sử dụng tính dẻo của thép giảm Ngời ta lợi dụng tính chất này dé làm cốt thép

kéo nguội

Theo ứng suất, ngời ta thờng quy định 3 giới hạn sau:

-Giới hạn bền ( s › ): là giá trị ứng suất lớn nhất thép chịu đợc trớc khi

cốt đai và cốt xiên kí hiệu R„¿ Cac cong độ này cũng nh môđun đàn hồi đợc

tra theo nhóm thép cho ở phụ lục 21

2.2.2 Tính hàn đợc

Tính hàn đợc của cốt thép đợc thể hiện bằng độ chắc chắn của các vị trí

hàn nối chúng: Thép cán nóng chứa ít cabon và thép hợp kim thấp có tính hàn đợc tốt Không đợc hàn các cốt thép đã gia công nhiệt hoặc kéo nguội Không

Nhiệt độ có ảnh hởng lớn tới tính chất cơ học của thép ở nhiệt độ cao

gọi là hiện wig don ngudi

2.3 Phân nhóm cốt thép

2.3.1 Phân theo tiêu chuẩn Việt Nam

Theo tiểu chuẩn nhà nớc về “Thép cán nóng, thép cốt bêtông TCVN 1651-75”, thép đợc chia ra bến nhóm: cốt tròn trơn C-I, cốt có gờ C-II, C-IH, C-TV với các đặc trng cơ bản trong bảng 1-1

Cốt thép nhóm C-I đợc sản xuất thành thanh tròn nhẫn

Cốt thép nhóm C-II, C-II, C-IV là loại có gờ Đờng kính danh nghĩa của các thanh thép gồm: 6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36;

Theo TCVN 6285-1997 còn qui định năm loại cốt thép RB300,

RB400, RB500, RB400W, RB500W Con số ghi ở mỗi loại lấy bằng giới

hạn chảy theo đơn vị Mpa

2.3.2 Phân theo các tiêu chuẩn khác

Hiện nay tiêu chuẩn đang sử dụng các nhóm thép nhập từ Liên Bang Nga theo đó gồm có các loại AI, AII, AIIH, AIV nó tơng đơng với các nhóm

CI, CH, CII, CIV Ngoài ra còn có thép thanh nhóm AV, AVI, ATIV, ATV,

ATVI (chủ yếu sử dụng làm cốt căng trớc), thép sợi (dây) nhóm BI, BII, BPI,

Mác thép đợc định ra và đợc ký hiệu dựa vào thành phần hoá học và cách luyện thép Ví dụ CT38, CT42

Nhóm cốt thép đợc phân chia theo tính chất cơ học Tính chất cơ học của cốt thép đợc quyết định bởi thành phần hoá học và cách luyện thép, vì vậy chúng có liên quan với nhau

Cốt CI chế tạo từ thép than CT3§; cốt nhóm CHI từ thép CT42 và các thép hợp kim thấp

Để nhận dạng các nhóm cốt thép ngoài căn cứ vào hình thức bề mặt ng-

ời ta còn đánh đấu ở đầu mút các thanh cốt thép bằng sơn màu

2.4 Lựa chọn nhóm thép

Việc dùng loại cốt thép cần xuất phát từ : nhiệm vụ và đặc điểm của kết

cấu, điều kiện xây dựng và sử dụng công trình, điều kiện và khả năng cung

-_ Đối với kết cầu chịu áp lực hơi hoặc chất lỏng (nh bể nớc) nên dùng

nhóm CT và CII, cũng cho phép dùng nhóm CIII

- _ Cốt nhóm CIV cũng nh cốt thép đã gia công nhiệt chí đợc dùng để

làm cốt doc chịu lực trong khung buộc và lới buộc, chúng chủ yếu dùng làm cốt chịu kéo Không cho phép dùng nhóm CIV trong các kết cấu chịu tải trọng rung động

- _ Để làm móc cau chỉ nên dùng cốt thép có độ dẻo lớn, chú yếu là

thép nhóm CI chế tạo bằng ”thép tĩnh” hoặc ”nửa tĩnh”

3 Bêtông cốt thép

Lực dính là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc giữa bêtông và cốt thép

Nhờ nó mà khi làm việc cốt thép và bêtông cùng biến dạng và có thể truyền lực qua lại với nhau

Lực dính trong BTCT phần lớn do lực ma sát giữa bề mặt cốt thép và

bêtông (chiếm khoảng 75%) phần còn lại do lực dính kết của ximăng

Thí nghiệm kéo (hoặc nén) tuột cốt thép khỏi bêtông, ngời ta thấy ứng suất trợt phân bố không đều trên mặt tiếp xúc của cốt thép với bêtông (hình

8.8)

đều và giá trị của nó là:

Trong đó:

N: Luc kéo (hoặc nén) cốt thép

1: chiêu dài côt thép chôn trong bêtông

d: đờng kính cốt thép

pdl: diện tích bề mặt thanh thép trong bê tông

Khi N lớn, muốn giảm t „ ta có thể tăng d va 1, nhng thí nghiệm cho

thấy lực dính chỉ phát huy tác dụng trong giai đoạn IÊ20d Bởi vậy chỉ đợc tăng không quá 20d

Điều kiện để cốt thép không bị tuột khỏi bêtông là: t ø Ê t mạ

Trong đó t max là lực dính trong BTCT: t Rex =

“am

3.2 Sự làm việc của bêtông và cốt thép

3.2.1 ứng suất ban dau do co ngot

Khi đông cứng bêtông co lại (co ngót) sẽ kéo cốt thép co theo Nh vậy

nó đã gây ra một lực nén cho cốt thép Ngợc lại cốt thép cản trở sự co của bêtông và gây ra một lực kéo trong bêtông Nếu lực kéo này vợt quá giới hạn chịu kéo của bêtông thì bêtông sẽ bị nứt Đó là vết nứt do co ngót Lợng cốt thép trong bêtông càng nhiều lực kéo này càng lớn và qúa nhiều sẽ có hại 3.2.2 ứng suất do ngoại lực gây ra

Trong cấu kiện chịu kéo hoặc trong vùng kéo của cấu kiện chịu uốn, chịu nén lệch tâm khi bêtông bị nứt, phần nội lực do bêtông chịu đợc truyền

sang cốt thép và cốt thép chịu toàn bộ lực kéo

3.2.3 Sự phân bố lại ứng suất do từ biến

Khi chịu tải trọng tác dụng lâu dài bêtông bị từ biến Cốt thép cản trở từ

biến của bêtông Do vậy trong cấu kiện chịu nén, từ biến làm ứng suất trong cốt thép tăng lên, còn ứng suất trong bêtông giảm xuống Đó là hiện tợng

phân phối lại ứng suất có lợi

3.3 Sự phá hoại và h hỏng của bêtông cốt thép

3.3.1 Sự phá hoại do tải trọng

Với kết cấu chịu kéo, lực kéo hoàn toàn do cốt thép chịu nên nó xem nh

bị phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy

Với cột chịu nén sự phá hoạt bắt đầu khi ứng suất trong béténg dat đến

cờng độ chịu nén của bêtông

Trong cấu kiện chịu uốn có thể xây ra từ vùng kéo khi ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy hoặc từ vùng nén khi ứng suất trong bêtông đạt tới Rn

3.3.2.Sự h hỏng do tác động của môi trờng

Môi trờng có thể gây h hỏng cho BTCT bởi tác động cơ học, hoá học hoặc sinh học

Do cơ học: Bêtông bị bào mòn do ma, do dòng chảy những công trình

chịu lạnh, sự đóng và tan băng liên tiếp có thể gây h hỏng bêtông

Do sinh vật: Hiện tợng rong, rêu, hà là những vi khuẩn ở sông, biển

phá hoại bề mặt bêtông

Do tác dụng hoá học: Bêtông bị xâm thực khi nó làm việc trong môi tr- ờng axit, muối hoặc nớc có độ pH nhỏ

Cốt thép có thể bị xâm thực do tác dụng hoá học hay điện phân của môi

trong Khi cốt thép bị gỉ có thể làm nứt hoặc phá vỡ lớp bêtông bảo vệ khiến

càng chịu ảnh hong nhiều hơn của môi trờng

Khi thiết kế cũng nh khi thi công cần lu ý tới môi trờng sử dụng để có biện pháp lựa chọn thành phần và biện pháp thi công thích hợp để hạn chế tác

hại của môi trờng

II.Nguyên lý về cấu tạo cốt thép 1.Khung

và lới thép

Để đảm bảo ổn định khi chịu lực, đảm bảo kĩ thuật khi thi công, cốt

thép đặt vào các cấu kiện cần đợc liên kết chặt chẽ với nhau, thông dụng cốt thép đợc liên kết với nhau thành khung hoặc lới Khung dùng trong dầm, cột; lới dùng trong bản (Hình 8.9

Hinh 8.9 Khung và lưới cốt thép a) Khung buộc; b)khung hàn; c)lưới

1-Côt dọc; 2-côt đai

Khung và lới có thể đợc liên kết hàn hoặc liên kết buộc khi đó chúng đ-

ợc gọi là khung hàn, lới hàn hoặc khung buộc, lới buộc

Khung, lới hàn đợc tạo ra bằng cách dùng máy hàn hàn tại các điểm

tiếp xúc giữa các cốt thép Kiểu liên kết này thờng đợc dùng trong nhà máy sản xuất các cầu kiện bêtông lắp ghép

Người ta dùng dây thép đờng kính 0,8álmm để buộc các vị trí cốt thép

tiếp xúc với nhau để tạo ra khung và lới buộc Kiểu này đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế

2 Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo

Theo vai trò của cốt thép trong tính toán mà phân thành cốt chịu lực và

cốt cấu tạo

Cốt chịu lực để chịu các ứng lực phát sinh do tải trọng tác dụng Chúng

đợc xác định theo tính toán đồng thời cũng phải đảm bảo các yêu cầu cấu tạo quy định

Cot cau tạo đề liên kết các cốt thép tạo thành khung hoặc lới, để chống lại lực co ngót khi bêtông đông kết, chống ứng suất phát sinh do nhiệt độ thay

đổi, để giảm ứng suất cục bộ đo lực tập trung, Loại cốt này không phải tính toán mà lấy theo quy phạm đã đợc đúc kết qua thực nghiệm

3.Nói cốt thép

3.1 Nối buộc

Đặt cốt thép chồng lên nhau một đoạn dài Ineo (xac định theo công

thức 8.1), dùng sợi dây thép buộc chúng lại (xem hình 8.10) Kiểu nối này chi

gờ, và không quá 25% cốt chịu lực trơn

Nếu tiết diện thép nối cha quá 50% hoặc là loại thép đặt theo cấu tạo thì đợc phép đặt không so le (nối tại cùng một tiết diện)

Không nên dùng liên kết chồng (nối buộc) trong vùng kéo của cấu kiện

chịu uốn và kéo lệch tâm tại những vị trí cốt thép dùng hết khả năng chịu lực

(tiết điện nguy hiểm) Không đợc nối buộc thép nhóm CIV (AIV) trở lên,

cũng nh không đợc nối buộc khi toàn bộ tiết diện chịu kéo (nh thanh căng trong vom, dan )

3.2 Noi han

Nối hàn đợc dùng cho cốt thép có 10mm Khi hàn phải tuỳ theo loại

thép, loại đờng kính mà chọn kiểu hàn và phơng pháp hàn thích hợp Trên

hình 8.11 mô tả các kiểu liên kết hàn cốt thép

Hình 8.11a là kiểu hàn đối đầu tiếp xúc dé nối các thanh có d>10mm và iso = 0.85

Để cốt thép không bị kéo tuột khỏi bêtông và phát huy hết khả năng

chịu lực cần neo chắc 2 đầu

- Trong khung và lới buộc, các thanh chịu kéo bằng thép tròn trơn

phải uốn móc ở hai dau.(hinh 8.12) Dong kính móc bằng 2,5d, với

bêtông cốt liệu rong là 5d

Với cốt dọc chịu kéo và chịu nén, kể từ tiết diện mà có đợc tính

toán với toàn bộ khả năng chịu lực (tiết điện dùng toàn bộ) cho đến mút của cốt không đợc nhỏ hơn đoạn neo lneo xác định theo công

thức 8.1 (Hình 8.13) Tiết điện dùng toàn bộ là tiết diện thắng góc với trục cấu kiện mà tại đó cốt thép đợc tính toán với toàn bộ khả năng chịu lực Khi không đủ điều kiện thực hiện về neo cốt thép nh trên thì cần có các biện pháp hiệu quả để phát huy hết khả năng chịu lực của thép (nh dùng thép gián tiếp để gia cố bê tông, dùng cách hàn vào đầu thanh thép các chỉ tiết neo hình 8.14, uốn đầu thanh

thép) tuy nhiên lúc này đoạn neo cùng không nhỏ hơn 10d

Chiều dài đoạn neo đợc tính theo công thức:

mneo:hệ số tra bằng 1-2 „

Ra,Rn: cờng độ chịu nén của cốt thép và bêtông

tính 8.1 đợc lấy không nhỏ hơn các trị số trong bảng 1-2

Ineg Hình 8.13 Neo thép dọc vào cột Hình 8.14 Thép dọc hàn với

2.Neo cốt chịu nén hoặc cốt chịu kéo vào

0.5 0.8 8 | 15d va 200mm bêtông vùng nén

3.Mỗi nối chồng trong vùng kéo 0.9 | 1.55 | 11 | 30d và250mm

4.Môi nôi chông trong vùng nén 0.65 1 § | 15dvà200mm

6.1 Khoảng hở giữa các thanh thép

Đối với các thanh nằm ngang (nh dầm) hoặc nghiêng (nh trong bản đan thang) thì:

- _ Khoảng hở giữa các thanh thép lớp đới kí hiệu là e lấy theo điều

- _ Khoảng hở giữa các thanh thép lớp trên kí hiệu e" lấy theo điều kiện

theo phơng chuyên động của vữa bê tông khi đồ, lúc này khe hở

giữa các đôi cốt thép e phải thoả mãn e31,5d (Hình 8.19c)

Đối với các thanh đứng khi đồ bê tông (cột) khe hở lấy theo điều kiện

mm

1,5h khi h> 150mm

7.Cấu kiện chịu uốn

Trọng tâm : Tỉnh toán cốt dọc chịu lực trong dâm tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn, tính toán cốt đai

Nội lực xuất hiện trong cấu kiện chịu uốn gồm mômen uốn và lực cắt

Cấu kiện chịu uốn là cấu kiện cơ bản thờng gặp nhất trong thực tế Đó là các dầm, các xà ngang của khung, của sàn nhà, cầu thang Theo hình dáng cấu

kiện chịu uốn đợc chia làm 2 loại: ban va dam

I yêu cầu cầu tạo

1 Cấu tạo của bản sàn

Kích thớc bản sàn:

Bản sàn là kết cấu phẳng có chiều dày khá nhỏ so với chiều đài và

chiều rộng Chiều dài và chiều rộng sàn thông thờng từ 2 đến 4 m Do yêu cầu

sử dụng, yêu cầu mỹ quan hoặc cấu tạo mà chúng có thể lớn hoặc nhỏ hơn Chiều dày sàn thay đổi tùy thuộc vào kích thớc ô bản và tải trọng trên bản

Thông thờng chiều day ban tir 50 đến 120mm

Theo TCVN 5574 : 1991 đối với bản toàn khối chiều day h không nhỏ

hơn :

- 50mm véi ban mai

- _ 60mm đối với sàn nhà ở và nhà công nghiệp

- _ 70mm đối với sản nhà sản xuất

Khi dùng bê tông M250 trở lên cho phép giảm chiều dày sàn 10mm Để chọn chiều dày bản hợp lý còn cần xét đến loại bản, nhịp bản, tải

trọng trên bản, chọn theo phụ lục 22

£4-£8 A u250-350

Cốt thép trong bản sàn gồm cốt chịu lực và cốt phân bố bằng thép C-I,

cũng có khi dùng thép C-II (Hình 9.1) Cốt chịu lực đặt trong vùng chịu kéo của bê tông do mômen uốn gây ra Trong các bản thông thờng, đờng kính cốt chịu lực từ 5 á 12 mm Số lợng đợc thể hiện qua đờng kính và khoảng cách hai cốt thép liên tiếp Khoảng cách giữa hai trục cốt thép liền nhau trong vùng

có mômen lớn không vợt quá:

-1,5h khi chiều day ban h°15em

Để dễ đồ bê tông, khoảng cách cốt thép không đợc đới 7cm

Cốt phân bố đặt vuông góc với cốt chịu lực Nhiệm vụ của chúng là giữ

vị trí cho cốt chịu lực khi đỗ bê tông, phân phối ảnh hởng của lực cục bộ cho

các cốt chịu lực lân cận, chịu ứng suất do co ngót và do nhiệt độ gây ra Đờng

kính cốt phân bố từ 4 đến § mm Khoảng cách giữa chúng thong tir 2504300mm và không quá 350mm đồng thời phải đám bảo số lợng không dới 10% số lợng cốt dọc tại tiết điện có mômen uốn lớn nhất.Cốt chịu lực và cốt phân bố đặt vuông góc nhau tạo thành lới buộc hoặc lới hàn Trong lới này cốt

chịu lực đợc đặt gần mép bê tông hơn

Thép chịu lực đợc đa sâu vào trong gối tựa một đoạn la310d (d:đờng kính cốt thép) Trong phạm vi gối tựa phải có cốt phân bố (Hình 9.1 c)

2 Cấu tạo dầm

Tiết diện

Dầm là cấu kiện có các cạnh của tiết điện nhỏ hơn nhiều so với nhịp của nó Tiết điện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp (Hình 9.2) Tiết diện thờng gặp là tiết điện chữ nhật và chữ T

Chọn b = (0,3á0,5)h, khi chọn b và h cần phải xem xét đến yêu cầu kiến

trúc, mô đun hoá tiết diện Để tiện thống nhất ván khuôn b và h chọn theo quy

định nh sau:

h: chọn theo bội số của 5cm khi hÊ 600 mm

chọn theo bội số của 10cm khi h>600 mm

Chọn b theo bội số của 2em hoặc 5em và cũng có thể chọn 120;140;180cm Khi kết hợp với khối xây b có thể chọn 110; 220 mm

Cốt thép

Cốt thép trong dầm đợc liên kết với nhau tạo thành khung buộc hoặc

khung hàn Chúng bao gồm 4 loại: cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo (cốt đọc

thi công), cốt đai và cốt xiên (Hình 9.3)

Hinh 9.3 Cac loai thép trong dam

a)cốt đai hai nhánh; b)cốt đai một nhánh; c)cốt đai bốn nhánh 1-cốt dọc chịu lực;2-cốt cấu tạo;3-cốt xiên; 4-cốt đai

Cốt đọc chịu lực đặt ở vùng kéo của đầm, cũng có trờng hợp nó đợc đặt

cả ở vùng nén Diện tích tiết diện ngang của chúng đợc xác định theo tính

toán từ trị số của mômen uốn Đờng kính cốt chịu lực thờng từ 1030mm Số

thanh

trên tiết diện phụ thuộc vào diện tích cốt thép yêu cầu và chiều rộng b của tiết diện Nếu chiều rộng b3150mm thì ít nhất phải có 2 thanh cốt dọc Khi b<150mm có thể đặt một thanh cốt dọc Cốt dọc chịu lực có thể đặt một lớp

hay nhiều lớp và phải đảm bảo nguyên tắc cấu tạo đã trình bày ở chơng 8 Cốt dọc cấu tạo gồm 2 loại:

-Cốt giá: dùng để giữ vị trí của cốt đai trong khi thi công và để chịu các ứng suất do co ngót hoặc nhiệt độ.Nó đợc đặt ở miền bê tông chịu nén khi trong dầm chỉ phải tính cốt đọc chịu kéo Đờng kính cốt giá từ 10á12mm -Cốt dọc phụ: Đặt thêm vào mặt bên của tiết điện dầm khi h>700mm Cốt thép này có tác dụng giữ cho khung cốt thép khỏi bị xô lệch khi đỗ bê

tông, ngoài ra nó cũng có tác dụng khác nh cốt giá

Tổng diện tích cốt dọc cấu tạo không đợc nhỏ hơn 0,1% diện tích của s-

xiên có góc nghiêng a thờng là 45” Khi h>800mm lấy a=60° Với dầm thấp

và bản lấy a=30° Khoảng cách và diện tích cốt đai, cốt xiên xác định theo tính toán Cốt đai thờng có hai nhánh, nhng cũng có thể có một hoặc nhiều nhánh (Hình 9.3)

II Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn

Khi thí nghiệm uốn một đầm đơn giản với tải trọng q tăng dần ngoi ta thấy khi tải trọng còn nhỏ dầm còn nguyên vẹn Khi tai trong đủ lớn sẽ thấy xuất hiện các vết nứt thắng góc tại khu vực có mômen lớn, các vết nứt

phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt

Quan sát sự phát triển của ứng suất và biến dạng trên tiết diện thắng góc của dầm trong quá trình thí nghiệm ngời ta chia nó làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Khi mômen còn nhỏ (thời gian mới đặt tải), vật liệu đợc xem nh làm việc trong giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa biến đạng và ứng suất

là quan hệ bậc nhất, sơ đồ ứng suất pháp có dạng hình tam giác(Hình 9.5a) Mômen tăng đến giá trị làm cho ứng suất kéo lớn nhất trong bê tông đạt tới

giới hạn cờng độ chịu kéo của bê tông thì bê tông chuẩn bị nứt Trong dầm

biến dạng dẻo đã phát triển, sơ đồ ứng suất pháp chuyển sang dang dong cong Ngời ta gọi trang thái ứng suất, biến dạng này là trạng thai Ia (Hinh

9.5b) Muốn cho dầm không bị nứt, ứng suất pháp trên tiết diện thẳng góc

không đợc vợt quá giai đoạn la

Giai đoạn 2: Khi mômen tăng lên, miền bê tông chịu kéo bị nứt, khe

nứt phát triển dần lên phía trên Tại vị trí có khe nứt, ứng suất kéo hoàn toàn

do cốt thép chịu (Hình 9.5c)

Giai đoạn 3: Là giai đoạn phá hoại, Mômen tiếp tục tăng, khe nứt phát

triển dần lên phía trên, vùng bê tông chịu nén bị thu hẹp lại, ứng suất nén

trong vùng nén tăng lên trong khi đó ứng suất trong cốt thép không tăng nữa Khi ứng suất nén trong bê tông đạt tới cờng độ chịu nén Rn của bê tông thì dầm bị phá hoại (Hình 9.5e) Sự phá hoại xảy ra khi ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn Ra và ứng suất trong bê tông đạt đến giới hạn chịu nén

Rn gọi là sự phá hoại dẻo Trờng hợp phá hoại này gọi là trờng hợp phá hoại

thứ nhất

Nếu lợng cốt thép đặt vào quá nhiều, ứng suất trong cốt thép cha đạt

đến Ra mà ứng suất trong bêtông đã đạt tới giới hạn chịu nén Rn thi dam cũng

bị phá hoại Trờng hợp này ngời ta nói là dầm bị phá hoại dòn và nó đợc gọi

là trờng hợp phá hoại thứ hai (Hình 9.5g) Để dẫn đến trờng hợp phá hoại dòn

sơ đồ ứng suất không qua trạng thái Ha

Trờng hợp phá hoại thứ hai rất bất lợi nên phải hết sức tránh vì nó cha tận dụng hết khả năng chịu lực của cốt thép và khi bị phá hoại biến dạng của

Để chống lại sự phá hoại trên tiết diện thẳng góc theo vết nứt thẳng góc

ngời ta đặt cốt đọc chịu lực Có 2 trờng hợp đặt cốt đọc chịu lực:

- Trờng hợp đặt cốt đơn: Là trờng hợp cốt doc chịu lực chỉ đặt trong

vùng kéo, ký hiệu là Fa

- Trờng hợp cốt kép: Khi cốt dọc chịu lực đợc đặt cá ở miền chịu kéo

(Fa) và cả miền chịu nén (Fa')

135